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TDK超小型ToF傳感器,提高AR/VR真實(shí)感


  來(lái)源: 傳感器專家 時(shí)間:2019-12-18 編輯:儀商WXF
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近日,TDK推出新款基于MEMS的超聲波ToF傳感器CH-101,與光學(xué)ToF傳感器相比,它可以精確地測(cè)量到物體的距離,而不管其大小、顏色和透明度。此外,它不受周圍噪音(例如有害聲音和周圍噪音)的影響。


超小型傳感器,是傳統(tǒng)類型傳感器的千分之一


增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR)系統(tǒng)正越來(lái)越多地應(yīng)用于娛樂(lè)、教育、醫(yī)療和其他工業(yè)領(lǐng)域。它們?cè)试S用戶在虛擬空間中模擬復(fù)雜的任務(wù)或手術(shù)。傳感技術(shù)使用戶能夠通過(guò)復(fù)雜和精確的位置/運(yùn)動(dòng)檢測(cè)在虛擬空間中獲得真實(shí)的體驗(yàn)。最近的AR/VR系統(tǒng)使用飛行時(shí)間(ToF)來(lái)測(cè)量到物體的距離,而超聲波傳感器正引起人們的極大關(guān)注。


提高AR/VR真實(shí)感面臨的挑戰(zhàn):減小超聲波傳感器的尺寸


2016年各種頭戴式顯示(HMDAR/VR耳機(jī)開(kāi)始以人們可承受的價(jià)格提供后,全球AR/VR市場(chǎng)已大幅增長(zhǎng),到2025年其規(guī)??赡艹^(guò)110億美元。雖然過(guò)去AR/VR系統(tǒng)主要用于游戲等娛樂(lè)應(yīng)用,但它們?cè)谘b配、制造、運(yùn)輸、零售、教育和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用預(yù)計(jì)將會(huì)增加。


資料來(lái)源:富士奇美拉研究院“2017AR/VR相關(guān)市場(chǎng)的未來(lái)展望”


最新的AR/VR系統(tǒng)模型允許用戶在虛擬空間中模擬復(fù)雜的手術(shù),具有六個(gè)自由度(6-DoF1)的HMD和手動(dòng)控制器使之成為可能。這使得在虛擬空間中的身體運(yùn)動(dòng)與在真實(shí)空間中的身體運(yùn)動(dòng)無(wú)縫集成,因?yàn)檫@是一種基于傳感器的技術(shù),被稱為定位跟蹤,并通過(guò)使用ToF方法測(cè)量到物體的距離,因此這種集成是可能的。


ToF根據(jù)光線、紅外線或超聲波的發(fā)射與被物體反射后返回傳感器之間的時(shí)差來(lái)測(cè)量到物體的距離。光學(xué)或紅外飛行時(shí)間(ToF)雖然精度很高,但在有障礙物的情況下不能用于測(cè)量,也不適合測(cè)量到玻璃或其他透明物體的距離。超聲波飛行時(shí)間(ToF)可以精確測(cè)量到物體的距離,即使它是高度反射的,它也不受光照條件、物體大小或顏色的影響。不過(guò)傳統(tǒng)的超聲ToF傳感器需要復(fù)雜的信號(hào)處理,體積太大,無(wú)法嵌入家用電器中。


基于超小型MEMS傳感器的ToF解決方案


TDK針對(duì)這一挑戰(zhàn)的解決方案是CH-101,這是一種新型超小型超聲波ToF傳感器,其體積是傳統(tǒng)超聲波ToF傳感器的千分之一。Chirp品牌提供的全球首個(gè)基于MEMS的超聲傳感器是真正的突破性產(chǎn)品,它將壓電微機(jī)械超聲波傳感器(PMUT3)、功率高效的數(shù)字信號(hào)處理器(數(shù)字信號(hào)處理器4)和低功耗CMOSASIC5集成在3.5x3.5x1.25mm的小尺寸封裝中。



現(xiàn)有的基于光學(xué)傳感器的VR系統(tǒng)結(jié)合外部傳感器來(lái)發(fā)送紅外線,其中有線耳機(jī)和控制器響應(yīng)紅外線以定位用戶的位置。使用CH-101的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),用戶只需一個(gè)耳機(jī)和一個(gè)控制器就可以體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。


蝙蝠可以在黑暗中自由飛行而不會(huì)撞到物體,因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^(guò)發(fā)出脈沖超聲波和接收物體產(chǎn)生的回聲來(lái)探測(cè)物體的位置和相對(duì)速度,這稱為回聲定位,同樣的原理也用于超聲波傳感器的定位跟蹤。


CH-101有一個(gè)嵌入式PMUT,它發(fā)射超聲波脈沖并接收來(lái)自傳感器視場(chǎng)中物體的回波。當(dāng)它與各種信號(hào)處理相結(jié)合時(shí),它可以在廣泛的應(yīng)用中使用,包括檢測(cè)到物體的距離和位置、感知物體的存在并避免碰撞。此外,它要求低功耗,比傳統(tǒng)超聲波傳感器低100倍,從而提供優(yōu)越的環(huán)境性能。


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